一种多层杆端球铰及其设计方法技术

本发明专利技术涉及弹性橡胶件减震领域，具体为一种多层杆端球铰及其设计方法，杆端球铰包括外套、芯轴和位于外套和芯轴之间的橡胶层，橡胶层内设有隔套，隔套将橡胶层分成多层结构，相邻隔套间的橡胶型面整体内凹形成橡胶承载单元，隔套端部朝向外套凸出形成上凸缘，隔套端部朝向芯轴凸出形成下凸缘，相邻隔套中上一隔套的下凸缘、下一隔套的上凸缘和橡胶承载单元共同形成半封闭结构，且相邻隔套中上一隔套的下凸缘和下一隔套的上凸缘在受压时形成硬止挡，以降低橡胶应力，避免承受载荷时橡胶褶皱断裂。断裂。断裂。

【技术实现步骤摘要】
一种多层杆端球铰及其设计方法


[0001]本专利技术涉及弹性橡胶件减震领域，尤其涉及一种多层杆端球铰及其设计方法。

技术介绍

[0002]杆端球铰是重要的减震连接元件，多用于火车、高铁、汽车、轮船或飞机上，当机体承受径向、扭转和偏转等复杂载荷工况时，通过杆端球铰的变形来承受偏扭转角度和径向载荷，防止机体在运行时侧翻。杆端球铰通常包括芯轴、外套和橡胶层，橡胶层位于芯轴和外套之间，芯轴、外套均为金属件结构；杆端球铰是采用金属件与橡胶体在一定的温度和压力下硫化成一个整体，利用硫化橡胶来对车体起减振缓冲作用的。为了增加橡胶体的径向刚度，使机体能承受更大的载荷，很多工况下会在橡胶层中增加隔套，隔套将橡胶层分成若干层。在机体运行的过程中，由于橡胶层处于一种高频率的反复震动中，这种震动将导致橡胶层出现疲劳现象，尤其表现在橡胶层的外端型面上，橡胶型面上经常出现开裂、堆积、打折现象，尤其当机体承受大径向压力时，将加大橡胶型面堆积打折的程度，严重影响杆端球铰的整体抗疲劳性能和使用寿命。
[0003]现有技术中，如申请号为“201710617061.6”，名称为“牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法及牵引拉杆节点”的专利技术专利。公开了一种牵引拉杆节点的橡胶型面设计方法，包括芯轴、外套和硫化粘结在芯轴与外套之间的橡胶层，其将橡胶层的外端型面设计为向外凸出的圆弧凸面，圆弧凸面由外向内逐渐靠近外套内壁，且圆弧凸面与外套的内壁之间通过过渡面一过渡，圆弧凸面与芯轴的外壁之间通过过渡面二过渡，将所述的过渡面一设计为向内凹进的圆弧面，将所述的过渡面二设计为向内凹进的弧面。该专利申请所公开的技术方案如图1所示：其橡胶型面整体呈现向外凸出的弧面，牵引拉杆节点在经过受大径向压力时其橡胶型面依然为向外凸出的形状。该专利技术专利申请的不足之处是：1、在牵引拉杆节点成受大径向压力时，橡胶型面依然会因受力不均匀而导致部分区域反复折叠而打折开裂，影响其抗疲劳性能；2、本方案涉及的是外套
‑
橡胶层
‑
芯轴的单层橡胶结构，即所涉及的橡胶型面是位于外套和芯轴之间的橡胶型面，不适用于与隔套相配合的多层橡胶层结构中橡胶型面的抗疲劳。
[0004]再如专利号为“201810809134.6”，名称为“一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法”的专利技术专利，公开了一种双球面牵引橡胶关节及其制作方法。双球面牵引橡胶关节包括芯轴、外套和橡胶层；芯轴包括芯轴球面段，芯轴球面段的外侧面为球面，橡胶层硫化粘结在芯轴的外侧球面和外套的内侧球面之间，橡胶层中间的厚度小于或等于橡胶层两端的厚度，芯轴球面段半径与橡胶层中间的厚度之和小于或等于外套球面段半径。制作时，将芯轴中部外侧面、外套中部内侧面均加工为球面，将橡胶层硫化粘结在芯轴和外套的双球面之间；先将橡胶层两端的橡胶型面加工为后贴近式橡胶型面，再通过径向预压缩制作成型。该专利技术专利公开的双球面牵引橡胶关节，其橡胶型面如图2所示，整体呈内凹的弧面。该专利技术专利的不足之处是：1、在橡胶关节承受大径向压力时，贴近式的内凹橡胶型面靠近外套的夹角处极易因受力不均匀而反复打折出现开裂现象，其靠疲劳性能较差；2、本方案涉及的
也是外套
‑
橡胶层
‑
芯轴的单层橡胶结构，其所涉及的橡胶型面也是位于外套和芯轴之间的橡胶型面，不适用于与隔套相配合的多层橡胶层结构中橡胶型面的抗疲劳。
[0005]上述专利都是本公司专利技术人在先申请的专利，通过对上述专利的分析可知，这些专利虽然都涉及了橡胶关节中橡胶型面的设计，也提出了一些改进技术方案，但该些专利都仍只是在整体上对橡胶型面进行改进而设计成单纯凸出或内凹的结构，并未针对不同的受力和工况将整个橡胶型面与隔套相配合进行分段设计，且并未涉及多层橡胶层中两个隔套之间的橡胶型面及隔套的设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种多层杆端球铰，其隔套和橡胶型面共同形成半封闭结构，且受压时相邻隔套之间能形成硬止挡，可降低橡胶应力，避免承受载荷时橡胶褶皱断裂。本专利技术还提供了一种多层杆端球铰的设计方法。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提出了如下技术方案：一种多层杆端球铰，杆端球铰包括外套、芯轴和位于外套和芯轴之间的橡胶层，橡胶层内设有隔套，隔套将橡胶层分成多层结构，相邻隔套间的橡胶型面整体内凹形成橡胶承载单元，隔套端部朝向外套凸出形成上凸缘，隔套端部朝向芯轴凸出形成下凸缘，相邻隔套中上一隔套的下凸缘、下一隔套的上凸缘和橡胶承载单元共同形成半封闭结构，半封闭结构为橡胶承载单元在受压变形时提供橡胶型面的形变容积空间；且相邻隔套中上一隔套的下凸缘和下一隔套的上凸缘在受压时形成硬止挡，以降低橡胶应力，避免承受载荷时橡胶褶皱断裂，同时避免橡胶承载单元在受压时从半封闭结构中挤出。
[0008]优选的，相邻隔套中上一隔套的下凸缘和下一隔套的上凸缘相对对中设置，且相邻隔套中下一隔套上凸缘的宽度大于上一隔套中下凸缘的宽度，使相邻隔套中上一隔套的下凸缘和下一隔套的上凸缘在受压时上一隔套的下凸缘可压实在下一隔套的上凸缘中部上端形成硬止挡。
[0009]优选的，橡胶承载单元为多线段组合结构，以实现橡胶的非线性变刚度。
[0010]优选的，多线段组合结构由多个直面段组成，每个直面段间圆弧过渡；所述直面段包括斜直面段和垂直面段。
[0011]优选的，下凸缘包括第二内侧面和下底面，第二内侧面为下凸缘朝向球铰的一侧侧面，下底面为下凸缘远离上凸缘的一侧水平面；隔套包括隔套上端面和隔套下端面；多线段组合结构中与下凸缘相连的直面段为第一斜直面段，第一斜直面段与下凸缘连接于第二内侧面上且连接于第二内侧面与隔套下端面的拐点D的下方，第一斜直面段从D点下方起朝向球铰内侧向斜下方倾斜。
[0012]优选的，多线段组合结构包括凹底面，凹底面为整体内凹的橡胶承载单元的凹底；多线段组合结构还包括第二斜直面段、第三斜直面段和第四斜直面段；第二斜直面段与第一斜直面段相连于第一斜直面段远离第二内侧面的一端，第二斜直面段与第一斜直面段通过第一圆弧过渡；凹底面的上端与第二斜直面段相连于第二斜直面段远离第一斜直面段的一端，凹底面与第二斜直面段通过第二圆弧过渡，第二斜直面段朝向球铰内侧向斜下方倾斜；凹底面的下端与第三斜直面段相连于第三斜直面段的上端，凹底面与第三斜直面段通过第三圆弧过渡，第三斜直面段朝向球铰内侧向斜上方倾斜；第三斜直面段的下端与第四
斜直面段相连于第三斜直面段远离凹底面的一端，第三斜直面段与第四斜直面段通过第四圆弧过渡。
[0013]优选的，上凸缘包括上顶面和第一内侧面，第一内侧面为上凸缘朝向球铰内侧的一侧侧面，上顶面为上凸缘远离下凸缘的一侧水平面；第四斜直面段与隔套上端面相连且连接于隔套上端面上靠近隔套上端面与第一内侧面的拐点S处。
[0014]优选的，将第一斜直面段的斜率设置成30
°‑
60
°
，即将第一斜直面段与横坐标轴线X1之间的夹角B1设置成30
°‑
60
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层杆端球铰，所述杆端球铰包括外套（4）、芯轴（1）和位于外套（4）和芯轴（1）之间的橡胶层（3），橡胶层（3）内设有隔套（2），隔套（2）将橡胶层（3）分成多层结构，其特征在于，相邻隔套（2）间的橡胶型面整体内凹形成橡胶承载单元（5），隔套（2）端部朝向外套（4）凸出形成上凸缘（21），隔套（2）端部朝向芯轴（1）凸出形成下凸缘（22），相邻隔套（2）中上一隔套（2）的下凸缘（22）、下一隔套（2）的上凸缘（21）和橡胶承载单元5共同形成半封闭结构，所述半封闭结构为橡胶承载单元5在受压变形时提供橡胶型面的形变容积空间；且相邻隔套（2）中上一隔套（2）的下凸缘（22）和下一隔套（2）的上凸缘（21）在受压时形成硬止挡，以降低橡胶应力，避免承受载荷时橡胶褶皱断裂，同时避免橡胶承载单元5在受压时从半封闭结构中挤出。2.根据权利要求1所述的多层杆端球铰，其特征在于，相邻隔套（2）中上一隔套（2）的下凸缘（22）和下一隔套（2）的上凸缘（21）相对对中设置，且相邻隔套（2）中下一隔套（2）上凸缘（21）的宽度大于上一隔套（2）中下凸缘（22）的宽度，使相邻隔套（2）中上一隔套（2）的下凸缘（22）和下一隔套（2）的上凸缘（21）在受压时上一隔套（2）的下凸缘（22）可压实在下一隔套（2）的上凸缘（21）中部上端形成硬止挡。3.根据权利要求2所述的多层杆端球铰，其特征在于，所述橡胶承载单元5为多线段组合结构，以实现橡胶的非线性变刚度。4.根据权利要求3所述的多层杆端球铰，其特征在于，所述多线段组合结构由多个直面段组成，每个直面段间圆弧过渡；所述直面段包括斜直面段和垂直面段。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的多层杆端球铰，其特征在于，下凸缘（22）包括第二内侧面（221）和下底面（222），第二内侧面（221）为下凸缘（22）朝向球铰的一侧侧面，下底面（222）为下凸缘（22）远离上凸缘（21）的一侧水平面；隔套（2）包括隔套上端面（23）和隔套下端面（24）；多线段组合结构中与下凸缘（22）相连的直面段为第一斜直面段（31），第一斜直面段（31）与下凸缘（22）连接于第二内侧面（221）上且连接于第二内侧面（221）与隔套下端面（24）的拐点D的下方，第一斜直面段（31）从D点下方起朝向球铰内侧向斜下方倾斜。6.根据权利要求5所述的多层杆端球铰，其特征在于，多线段组合结构包括凹底面（35），凹底面（35）为整体内凹的橡胶承载单元5的凹底；多线段组合结构还包括第二斜直面段（32）、第三斜直面段（33）和第四斜直面段（34）；第二斜直面段（32）与第一斜直面段（31）相...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯万盛，谢长伟，黄江彪，谭方，黄信，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：